第八章铸铁z

第八章 铸铁第一节 铸铁的石墨化第二节 灰铸铁第三节 球墨铸铁第四节 蠕墨铸铁第五节 可锻铸铁概述铸铁是碳含量大于 2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属材料之一。它可用于制造各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。 第一节 铸铁的石墨化一 铁碳合金双重相图二 石墨化过程三 影响石墨化的因素铁碳合金双重相图 在铁碳合金中，碳可以以三种形式存在：一是固溶在 F、 A中，二是化合物态的渗碳体 (Fe3C)， 三是游离态石墨（ G）。 渗碳体为亚稳相，具有复杂的斜方结构。在一定条件下能分解为铁和石墨（ Fe3C3Fe+C ）。 石墨为稳定相，具有特殊的简单六方晶格，其底面原子呈六方网格排列，原子间距小（ 1.4210 -10m）， 结合力很强；而底面之间的间距较大（3.0410 -10m）， 结合力较弱。所以石墨的强度、硬度和塑性都很差。铁碳合金双重相图 在不同条件下，铁碳合金可以有亚稳定平衡的 Fe-Fe3C相图和稳定平衡的 Fe-G相图，即铁碳合金相图应该是复线相图： Fe-Fe3C相图和 Fe G相图。铁碳合金究竟按哪种相图变化，决定于加热、冷却条件或获得的平衡性质（亚稳平衡还是稳定平衡）。 铸铁的石墨化 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。 石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。 铸铁的石墨化按照 Fe G相图，可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段：第一阶段石墨化： 铸铁液体结晶出一次石墨（过共晶铸铁）和在 1154 通过共晶反应形成共晶石墨。 第二阶段石墨化 ：在 1154 738 温度范围内奥氏体沿 ES线析出二次石墨。 第三阶段石墨化 ：在 738 通过共析反应析出共析石墨。 复习：钢的淬透性与淬硬性淬火钢的回火 回火组织转变 低温回火 中温回火 高温回火 调质处理u 淬透性是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 (马氏体组织占 50%处 )深度的能力，是钢材本身固有的属性。（钢淬火时获得 M的能力。一定条件下， Vk 淬透性 ）u 淬硬性（可硬性）在理想条件下，钢淬火时所能达到的最高硬度与 M 中的碳含量有关， wc 淬硬性 u区别： 淬透性与淬硬性是两个完全不同的概念。淬透性好的钢，其淬硬性不一定高。钢的淬透性钢的回火回火时的组织转变及性能变化回火 阶 段 组织变 化 内 应 力 体 积 性能 回火后 组织（一） 200马 氏体分解MH 不 变 或（略） 、 、 ak（略）C过饱 和 (针 )+ (点 )M回（二）200 300马 氏体分解残余奥氏体分解(略 ) 、 H (略 )脆性M回（三）300 400马 氏体分解碳化物聚集 长 大1 直至消失H 、 ak M回 、 H 较 高弹 性 最佳 s 最佳针 状 F+颗 粒状 Fe3CT回（四） 400相（ F）的回复和再 结 晶 、 H 、 、 ak综 合性能最佳等 轴 F+颗 粒状 Fe3CS回c/a 1c/a 1c/a 1c/a 1Fe3CAr B下 或 M回回火工艺分类钢的回火工 艺 名称回火温度( )回火后组织回火后硬度(HRC)性能特点 用途低温回火 150250M回 58 62 硬度 耐磨性 脆性、 内 应 力降低工具 钢 、 滚动轴承 渗碳件、表面淬火件中温回火 350500T回 35 45 弹 性 s 屈 强 比一定的 韧 性、抗疲劳 性弹 簧 钢 、 热 作模具高温回火 500650S回 25 35 综 合性能 重要 结 构件、机械零件调质处理 淬火 高温回火复习 :一 铁碳合金双重相图二 石墨化过程铸铁的石墨化按照 Fe G相图，可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段：第一阶段石墨化： 铸铁液体结晶出一次石墨（过共晶铸铁）和在 1154 通过共晶反应形成共晶石墨。 第二阶段石墨化 ：在 1154 738 温度范围内奥氏体沿 ES线析出二次石墨。 第三阶段石墨化 ：在 738 通过共析反应析出共析石墨。 影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。新课 :影响石墨化的因素内因 -化学成分分为促进石墨化和阻碍石墨化二类。1、 C、 Si为强烈促进石墨化的元素。 石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，石墨越多； 硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，从而促进了石墨化； 在铸铁中， 1%Si对石墨化的作用相当于 1/3%C， 所以有：碳当量 CE=C%+1/3Si%内因 -化学成分2、 S 是阻碍石墨化的元素。硫强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械性能恶化。少量硫即可生成FeS(或 MnS)。 FeS与铁形成低熔点 (约 980 )共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的含量在 0.15%以下。3 、 锰是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体中， 增强铁、碳原子间的结合力 ，扩大奥氏体区，阻止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰还能与硫生成 MnS，减少硫的有害作用。锰含量一般为0.5% 1.4%。内因 -化学成分v磷是促进石墨化的元素。 铸铁中磷含量增加时，液相线降低，从而提高了铁水的流动性。在铸铁中，磷含量大于 0.3%时，常常形成二元或三元磷共晶体，其性能硬而脆，降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨铸铁则要求有一定的磷含量（可达 0.3%以上）。外因 -冷却速度 在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石墨化，反之亦然；在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织，使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。影响石墨化的因素铸件壁厚 /mm 铸件壁厚 (冷却速度）和化学成分对铸铁组织的影响碳硅当量10 20 30 40 50 60 704.06.05.07.0F+GP+G P+F+G Fe3C Fe3C+P铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例） 石墨化进行程度 铸铁的显微组织 铸铁类型 第一阶段石墨化 第二阶段石墨化 完全进行完全进行 F+G 灰口铸铁部分进行 F+P+G未进行 P+G部分进行 未进行 Le+P+G 麻口铸铁未进行 未进行 Le 白口铸铁铸铁的分类按照石墨的形态 ,铸铁可分为 :石墨呈片状铸铁 ,称灰铸铁；石墨呈团絮状的铸铁称可锻铸铁；石墨呈球状的铸铁称球墨铸铁；石墨呈蠕虫状的铸铁称蠕墨铸铁。铸铁的分类第二节 常用铸铁一 .灰铸铁灰铸铁的化学成分、组织和性能灰铸铁的孕育处理灰铸铁的牌号和应用灰铸铁的热处理灰铸铁的化学成分v 碳含量一般控制在： 2.5% 4.0% 硅含量一般控制在： 1.0% 2.0%。 三种基体组织的灰铸铁：1、 铁素体灰铸铁 ：三个阶段石墨化过程都充分进行2、 珠光体铁素体灰铸铁 ：第一和中间阶段能充分进行，而第二阶段石墨化过程仅部分进行3、 珠光